CC BY
39
ность, скорость и достоверность определения перехода ТИУ из состояния «мокрый» в состояние «сухой» и обратно оказывают влияние изменения турбулентности потока теплоносителя, что приводит к изменению его гидродинамических и термодинамических характеристик. Кроме этого, оказывают некоторое влияние дисбалансы в работе РУ в результате останова одного или нескольких циркуляционных насосов, насыщения пароводяной смеси, изменения направления циркуляции теплоносителя и прочее. Поэтому ведутся ис-
следования по усовершенствованию и оптимизации алгоритмов работы датчика, исследуются другие возможные структуры провидения измерений, с целью повышения надежности его работы.
Термоанемометры нашли свое широкое применение в определении расхода жидких сред. Рассматривается возможность расширения функционала ТИУ для определения, кроме падения уровня, еще и расхода теплоносителя по петлям.
Литература
1. Кузнецов, Д.Н. Моделирование метрологических характеристик различных типов термоанемометров с термистором в качестве термочувствительного элемента [Текст] / Д.Н. Кузнецов, Д.А. Чупис // Электронные и компьютерные системы. - 2012. - №6(82). - С. 99-105.
2. Ураксеев, М.А. Перспективы термоанемометрических методов измерения расхода газа или жидкости [Текст] / М.А. Урак-сеев, А.Ф. Романченко, Д.Р. Абдрашитова, С.А. Шилов // Электронный журнал «Исследовано в России», 51, 587-593, 2001 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://zhurnal.ape.realn.ru/articles/2001/051.pdf.
Abstract
The estimation of reserve of a heat carrier in the primary coolant circuit of the reactor plant with the water-moderated water-cooled power reactor-1000 is one of the problems, which still have no comprehensive solution. To indicate the level of the heat carrier it is suggested to use thermoelectric level indicator at certain marks of the reactor, which works according to the heat-loss anemometer principle. In the suggested structure of measurement the level indicator works in constant current mode. The studies provide the static and dynamic characteristics of the indicator. The modes of heating were studied; the algorithms, which provide the operability of the indicator and the method of the level indication, were worked out. The studies are being carried out in order to improve and optimize the algorithmic and mathematical support of the method; other possible structures of measurements are being analyzed to improve the reliability of its operation.
Keywords: thermoelectric level indicator, heat-loss anemometer, level control, water-moderated water-cooled power reactor -1000
-□ □-
У дашй статтi зроблена оцшка надiйностi системи зовнШнього освтлення. Сучасна система зовнШнього освШлення м^та являе собою найбЛьш складний комплекс, надмтсть якого визначаеться здаттстю об'екта виконувати задат функци, збер^аючи в чаЫ значен-ня встановлених експлуатацшних показни^в у зада-них межах, що вгдповгдають заданим режимам i умовам використання
Ключовi слова: оцшка, зовнШне освтлення, надштсть, освтлювальна установка, базовий комплект,
енергоспоживання
□-□
В данной статье сделана оценка надежности системы наружного освещения. Современная система наружного освещения города представляет собой наиболее сложный комплекс, надежность которого определяется способностью объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплутационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования
Ключевые слова: оценка, наружное освещение, надежность, осветительная установка, базовый комплект,
энергопотребление -□ □-
УДК 628.9, 621.971
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ
А. В. Сапрыка
Кандидат технических наук, доцент Кафедра электроснабжения городов Харьковская национальная академия городского хозяйства ул. Революции, 12, г. Харьков, Украина, 61002 Контактный тел.: (057) 770-14-42 E-mail: a_sapryka@mail.ru
©
1. Введение
Одним из главных технико-экономических показателей качества технических устройств, в том числе и осветительных комплексов, является надежность. Проблема надежности электрических сетей и систем -одна из первоочередных проблем электроэнергетики [1].
Для перспективного развития наружного освещения необходимо внедрение нового поколения светотехнического оборудования, которое позволит значительно сократить энергопотребление и снизить затраты на обслуживание, а также повысить безопасность в работе. Как показано в работах [2, 3], замена в Украине 30 % ламп накаливания на светодиодные источники света предоставит возможность сэкономить около 13,8 млрд. кВт. ч. электроэнергии в год и снизить выброс в атмосферу на 7,8 млн. тонн углекислого газа
Надежная работа осветительных систем имеет немаловажное значение в общем балансе электропотребления, поэтому моделирование надежности работы излучающих устройств является актуальным.
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
В Украине специальные исследования, направленные на изучение надежности освещения особенно в современных осветительных приборах, проводились довольно редко. Известно, что оценка надежности базируется на обширном статистическом материале и моделях надежности, которые позволяют прогнозирование изменения уровня надежности во времени и оценивать влияние ремонтно-профилактических работ на показатели надежности. Анализ последних публикаций [2-6] выявил необходимость проведения исследования современных источников света.
3. Цель и задачи исследования
Целью работы является оценка надежности системы наружного освещения и светодиодных излучающих устройств с учетом графика циклической работы осветительных приборов и помесячной температуры.
тов конструкции можно выделить технологическую цепь, которую условно назовем базовым комплектом (БК) системы наружного освещения. Он содержит в себе последовательно включенные трансформаторную подстанцию, шкаф питания, линию электропередачи, опору, кронштейн и осветительный прибор (рис. 1). В процессе эксплуатации городских сетей города Харькова были сделаны наблюдения за временем восстановления освещения после отказов в работе БК.
Рис. 1. Структурная схема базового комплекта системы наружного освещения
Результаты наблюдений приведены в табл. 1. Предварительный анализ показал, что длительность восстановления имеет широкий диапазон изменения, что соответствует ремонту различных по сложности элементов БК.
Длительность ремонта на трансформаторной подстанции существенно больше, чем ремонт остальных элементов БК, поэтому для выявления статистических закономерностей целесообразно исключить из совокупности наблюдений значения времени восстановления большие 5 часов. Таким образом, объем выборки составил 49 значений.
Для дальнейших исследований нами был построен статистический ряд. Диапазон изменения случайной величины разбит на шесть интервалов (к=6). Статистический ряд оформлен в виде табл. 2.
В соответствии с данными статистического ряда была построена гистограмма и график статистической функции распределения.
Статистическая обработка результатов измерения и первичный анализ полученных результатов не позволяет в полной мере описать случайный процесс. Необходимо определить числовые характеристики случайных величин и подобрать соответствующий закон распределения.
Таблица 1
Результаты наблюдений за временем восстановления освещения
4. Основная часть
Современная система наружного освещения города представляет собой наиболее сложный комплекс, надежность которого определяется способностью объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплутационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования. Процесс изменения параметров рабочего режима в системе наружного освещения является, как правило, случайным. Это связано, прежде всего, со случайным характером изменения нагрузок и соответствующим случайным характером изменения качества электроэнергии. В соответствии с электрической схемой наружного освещения, из всей совокупности оборудования и элемен-
№ т, мин. № т, мин. № т, мин. № т, мин. № т, мин. № т, мин.
1 305 12 40 23 1370 34 90 45 25 56 25
2 270 13 40 24 210 35 15 46 75 57 145
3 590 14 1155 25 1230 36 30 47 55 58 40
4 80 15 165 26 95 37 130 48 20 59 885
5 80 16 1080 27 160 38 40 49 20 60 90
6 75 17 120 28 140 39 980 50 20 61 55
7 120 18 290 29 1000 40 325 51 20 62 70
8 60 19 140 30 165 41 10 52 40
9 65 20 10 31 15 42 120 53 45
10 20 21 1010 32 70 43 95 54 575
11 20 22 1031 33 195 44 75 55 15
Таблица 2
Статистический ряд
Границы 0,1667; 0,944; 1,722; 2,5; 3,278; 4,056;
интервалов 0,944 1,722 2,5 3,278 4,056 4,834
Количество точек 22 13 7 4 1 2
Частота 0,449 0,269 0,143 0,081 0,02 0,04
Результаты статистической обработки представлены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты статистической обработки наблюдений за временем восстановления
№ Наименование параметра Значение
1. Объем выборки N 49
2. Минимальное значение тмин , час 0,1667
3. Максимальное значение т , час макс 4,834
4. Размах, час 4,6667
5. Среднее выборочное, час 1,3639
6. Дисперсия, час2 1,2407
7. Среднеквадратическое отклонение, час 1,1138
Оценка гистограммы, графика статистической функции распределения и анализ статистических параметров совокупности случайных чисел позволяет выдвинуть гипотезу о принадлежности ее к экспоненциальному закону распределения, поэтому рассмотрим вопрос о согласовании теоретического и статистического распределения.
Проведем проверку гипотезы с помощью критерия Пирсона х2.
х2 = 1
(mi - nPi )2 npi
(1)
где mi - количество точек, которые фактически попали в 1 - интервал;
npi - количество точек, которые теоретически должны попасть в 1 - интервал;
к - количество интервалов разбиения.
Результаты проверки гипотезы приведены в табл. 4.
В результате получаем %2 =2,237, что с вероятностью 0,5 позволяет принять гипотезу. Кроме того, ана-
2
лиз частичных значений х позволяет утверждать, что наибольшие расхождения приходятся на интервалы, содержащие незначительное количество точек.
Таким образом, будем полагать, что время восстановления БК подчиняется экспоненциальному распределению.
В соответствии с проведенными расчетами, примем среднее время восстановления т равным среднему выборочному т =1,3639 часов.
В качестве параметра экспоненциального распределения восстановления используется интенсивность восстановления ц , которая связана со средним временем восстановления т следующим соотношением и в рассматриваемом нами случае ц =0,7332.
(2)
Тогда вероятность восстановления элемента за время от 0 до t вычисляется по формуле
G (t) = 1 - e
Результаты проверки гипотезы
(3)
Таблица 4
Границы интервалов 0,1667; 0,944 0,944; 1,722 1,722; 2,5 2,5; 3,278 3,278; 4,056 4,056; 4,834
Количество точек фактическое 22 13 7 4 1 2
Частота фактическая 0,449 0,269 0,143 0,081 0,02 0,04
Количество точек теоретическое 24,48 10,16 6,02 3,41 1,93 1,09
Частота теоретическая 0,4996 0,217 0,123 0,0695 0,0393 0,022
Члены суммы х2 0,252 0,516 0,158 0,104 0,445 0,762
Вторым важным показателем надежности БК является частота отказов.
Опыт эксплуатации БК показывает, что частота отказов в рассматриваемый период для определенного типа осветительного прибора при одинаковой длине линии электропередачи, остается постоянной. Однако такого рода сочетания встречаются довольно редко и наблюдение за их отказами не может дать объективную оценку частоты отказов. Следовательно, частота отказов БК - это расчетная величина.
Определение частоты отказов БК для совокупности последовательно включенных элементов осуществляется по формуле
5
ЮБК =ХЮ ■ , (4)
частота отказов шкафа питания; частота отказов линии электропередачи; частота отказов опоры; ю4 - частота отказов кронштейна; ю5 - частота отказов осветительного прибора. Следует отметить, что частота отказов линии электропередачи зависит от длины провода (кабеля) и способа его прокладки
где ю4 ю2 и,
ю2 = ю2 -I,
(5)
где ю"2 - удельная частота отказов линии электропередачи, приходящаяся на 1 км (выбирается из справочника в соответствии с типом провода, кабеля).
Величины ю4, ю3, ю4 вычисляются по результатам наблюдений в процессе эксплуатации городских сетей города Харькова и составляют ю4 =0,0028 год-1; <и3 =0,0008 год-1; <и, =0,0004 год-1.
Наибольшую трудность вызывает оценка величины частоты отказов осветительного прибора ю5, поскольку она в значительной мере зависит от качества электрической энергии в городских осветительных сетях и не может быть принята в соответствии со справочными данными.
Поскольку показатели качества электрической энергии в городских сетях значительно отличаются от нормативных и имеет место низкое качество источников света, применяемых в Украине, то опыт эксплуатации осветительных приборов в сетях наружного освещения коммунального предприятия "Горсвет" г. Харькова и исследования, проведенные профессором Кожушко Г.М. позволяют оценить величину частоты отказов осветительного прибора ю5 =1,25 год-1.
Таким образом, при оценке надежности системы наружного освещения населенного пункта необходимо учитывать реально существующее качество электроэнергии электросети и источников света.
Физические процессы, происходящие в полупроводниковых приборах наружного освещения, существенно зависят от температуры окружающей среды. Вследствие этого, надежность работы светодиодных излучающих устройств, также зависит от температуры окружающей среды.
Экспериментальные исследования, проведенные Щербаковым В.Н., по программе длительных испытаний (life time) позволили получить данные об интенсивности отказов X светодиодов на основе (AlxGa1-x)0.5 P в стандартном пластмассовом корпусе Т-1 Результаты испытаний представлены в табл.5.
Для получения аналитической зависимости интенсивность отказов X от значений температуры окружающей среды проведем аппроксимацию данных методом наименьших квадратов и получим следующее аналитическое выражение
X = 0,0000479e0,0381T-0,0000259 . (6)
Таблица 5
Интенсивность отказов X при различной температуре окружающей среды
Полученная аналитическая зависимость позволяет провести математическое моделирование и оценить вероятность отказа светодиодного излучающего устройства при различной температуре окружающей среды.
Будем полагать, что вероятность отказа светодиода подчиняется экспоненциальному закону распределения
F(t) = 1 - е. (7)
Для оценки вероятности безотказной работы светодиодных излучающих устройств при различной температуре окружающей среды в реальных условиях эксплуатации проведем моделирование на ПК работы этих устройств в течении пяти календарных лет и определим вероятности безотказной работы для соответствующих периодов времени. Для упрощения расчетов будем полагать, что световые приборы включены от заката до рассвета для соответствующих месяцев года, и среднемесячных температур в регионе города Харькова.
В результате моделирования получим на рис. 2 график зависимости вероятности безотказной работы от времени.
гад
^ лет
Рис. 2. Зависимость вероятности безотказной работы R(t) от времени t для среднегодовой температуры
Таким образом, модель с учетом графика циклической работы осветительных приборов и помесячной температуры дает возможность более точно оценить надежность работы светодиодных излучающих устройств, научно-обоснованно организовать сроки технического обслуживания и прогнозировать уровни освещенности объектов в течение продолжительного промежутка времени.
5. Выводы
При оценке надежности системы наружного освещения населенного пункта необходимо учитывать реально существующее качество электроэнергии электросети и источников света. Модель с учетом графика циклической работы осветительных приборов и помесячной температуры дает возможность более точно оценить надежность работы светодиодных излучающих устройств, научно-обоснованно организовать сроки технического обслуживания и прогнозировать уровни освещенности объектов в течение продолжительного промежутка времени.
Литература
1. Гук, Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике [Текст] / Ю.Б. Гук. - Л., Энергоатомиздат, 1990, 207с.
п/п Температура окружающей среды Т, С Интенсивность отказов X, 1/час
1 85 0,0018
2 75 0,00082
3 65 0,00056
4 55 0,00037
5 45 0,00024
6 35 0,00015
7 25 0,00009
8 15 0,00006
9 5 0,00003
2. Айзенберг, Ю. Б. Справочная книга по светотехнике [Текст] / Ю. Б. Айзенберг. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Знак, 2006. -972 с.
3. Сапрыка, А.В. Современные технологии в осветительных системах мегаполиса [Текст] / А. В. Сапрыка. - Харюв, ХНУРЕ, 2010. -260 с.
4. Рубцов, В.П. Моделирование в технике [Текст] / В.П. Рубцов, М.Я. Погребисский - М.: МЭИ, 2008. - 101с.
5. Коган, Л.М. Полупроводниковые светодиоды: современное состояние [Текст] / Л.М. Коган - Светотехника, 2000. - №6. - С 11-15.
6. Щербаков, В.Н. Исследование надежности и диагностика светодиодов на основе гетероструктур всех основных цветов [Текст] / В.Н. Щербаков // В сб. трудов 20 МНТК «Информационные технологии и моделирование приборов и техпроцессов в целях обеспечения качества и надежности». М: МГУПИ. 2006. - Т. 3. - С. 65-74.
Abstract
The article represents an estimation of the reliability of street lighting system. The modern system of street lighting is the most complex system, the reliability of which is determined by the ability of an object to perform specified functions, saving in the course of time the values of specified operational characteristics within limits that match the specified modes and conditions of use. The process of change of operating mode parameters in the system of street lighting is usually accidental. This is connected with the random nature of load changes and the corresponding random nature of changes of power quality. The reliable operation of lighting systems is of great importance in the common balance of power consumption, that is why the modeling of the reliability of operation of shedding devices is relevant. A model of the reliability of LED shedding devices was suggested, taking into account the schedule of cycling work of lighting devices and monthly temperature and the prospects for further improvement of the street lighting of the city.
Keywords: estimation, street lighting, reliability, lighting system, basic kit, power consumption, statistical serie
-□ □-
В робот1 представлено результати експе-риментального дослгдження процесу витгкання перегртог води через коротка цилтдричт канали ргзног довжини. Отримано витратн характеристики каналов та визначено розмгр крапель, що утворюються в результата «вибухового скипан-ня» води на виходг сопла
Ключовг слова: адгабатно скипаючг потоки,
розпилення, дгаметр краплг
□-□
В работе представлены результаты экспериментального исследования процесса истечения перегретой воды через короткие цилиндрические каналы разной длины. Получены расходные характеристики каналов и определен размер капель, которые образовываются в результате «взрывного вскипания» на выходе сопла
Ключевые слова: адиабатно вскипающие
потоки, распыление, диаметр капли -□ □-
УДК 66.069.832:536.423.18
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ РОЗПИЛЕННЯ ПЕРЕГР1ТО1 ВОДИ
А. С. Соломаха
Молодший науковий ствроб^ник Кафедра теоретично? та промисловоТ теплотехнки Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни "КиТвський пол^ехычний шститут" пр. Перемоги, 37, м. КиТв, УкраТна, 03056 Контактний тел.: 093-763-28-47 Е-mail: as solomaha@ukr.net
1. Вступ
Фазовому переходу рщина-пара майже завжди передуе метастабшьний стан. У випадку глибокого заходу в область метастабшьного стану подальший фа-зовий перехщ супроводжуеться значним видшенням енергп, що, крiм всього шшого, можна використовувати для штенсифжацп розпилення рщини [1-3]. В таких си-
стемах рщина перед подачею на форсунку попередньо пере^ваеться вщносно температури, що вщповщае точщ кипшня в газовому середовишД на виходi з форсунки.
Практичний штерес представляють перерви в iнтервалi температур води Тв = 110...220°С, що викли-кано широким поширенням вторинних енергоресурав iз вказаною температурою, яю можна використовувати
g
